（计算机应用技术专业论文）软件agent网格化服务组织的基础结构研究—agent通讯和匹配服务.pdf

浙江大学硕士学位论文软件a g e n t 网格化服务组织的基础结构研究一a g e n t 通讯和匹配服务 摘要 随着网络技术的普及和深入应用，人们已不再满足过去那种简单的单机互 联，进行资源共享的方式，企业更是迫切要求高性能集成内部的异构资源和服务， 以需有效和高效地协调和控制资源的共享和协同问题求解。这时，网格技术就应 运而生了。但这随之而来便带来了组织与管理的困难和复杂性。自治计算 ( a u t o n o m i cc o m p u t i n g ) 正是在这样的背景下提出的。由自治计算元素作为基 本单元来构建网格基础结构( 及设施) 和应用系统，以便将人类管理者从协调和 控制计算元素互操作的细节中解脱出来。 我们实验室在多年软件a g e n t 基础结构研究的基础上，同时吸收最新的网格 技术和自治计算。最近提出了建立基于自治计算元素的、面向服务的网格化组织 与管理体制，去自动化网格服务的共享组织和协作调度。这个架构是基于a g e n t 的、面向网格服务的网格基础结构( 及设旌) ，支持面向网格服务的自管理及协 作自组织。帮助用户快速实现面向网格服务的共享组织和协作管理。 a g e n t 辅助服务的体系化是软件a g e n t 网格化服务组织的基础与核心机制。 a g e n t 辅助服务体系的建立与完善，需要解决以下三个问题：一是建立有效的社 交本体论和领域本体论；二是建立开放、高效的消息通讯机制，以支持开放环境 下a g e n t 之间的交流通讯，并具有充分的开放性和可扩展性；三是建立开放、高 效的中介服务机制，为面临困境的a g e n t 提供有效的帮助，这其中最重要的一点 便是提供广泛的，高效的中介匹配服务机制，为a g e n t 间的合作打下坚实的基础。 本篇论文从网格发展的现状谈起，提出了建立基于自治计算元素的、面向服 务的网格化组织与管理体制，去自动化网格服务的共享组织和协作调度。我的工 作分为两部分，主要是软件a g e n t 的网格化服务组织中的通讯机制。同时完成中 介a g e n t 在向其它a g e n t 提供服务的时候，寻找合适的服务的过程。我们称之为 中介a g e n t 的服务匹配。 关键词：a g e n t ，网格计算，自治计算，中介a g e n t ，匹配服务，本体论，s o a p i i 浙江大学硕士学位论文软件a g e n t 网格化服务组织的基础结构研究一a g e n t 通讯和匹配服务 a b s t r a c t w i l hn e t w o r kt e c h n o l o g y b e i n gp o p u l a r i z e d a n dd e e p l y a p p l i e d p e o p l e a r en o l o n g e r s a t i s f i e dw i t hs h a r i n gr e s o u r c e ss i m p l yb yc o n n e c t i n gs i n g i em a c h i n e b u s i n e s se n t e r p r i s e sa r ei n g r e a tu r g e n tn e e do fg a t h e r i n ga l lk i n d so fi n t e m a lr e s o u r c e sa n ds e r v i c ei nt h eh i g hp e r f o r m a n c e ， t oc o n t r o lt h es h a r e d - r e s o u r c ea n ds o l v e p r o b l e m sm o r ee f f i c i e n t l ya n dh a r m o n i o u s l y t h e nc o m e s t h et e c h n o l o g yo fg r i d c o m p u t i n g ，w h o s ea i mi s t o s u p p o r ta n yi n d i v i d u a lc o n s u m e ro r o r g a n i z a t i o nt oo b t a i ns e r v i c ea n dn e t w o r kr e s o u r c ec o n v e n i e n t l y ，s ot l l e yc a nt a k ep a r ti na n d d e v e l o pa n ys c a l ec o o r d i n a t i o nw o r kw a n t e d m e a n w h i l e s o m ed i f n c u i t i e si no r g a n i z a t i o na n d m a n a g e m e n te m e r g e t os o l v et h i s ，p e o p l ep u tf o r w a r dt h ec o n c e p to f a u t o n o m i cc o m p u t i n g t h e 鲥df r a m e w o r ka n da p p l i c a t i o ns y s t e mm a d eu po f t h ee l e m e n to fa u t o n o m i cc o m p u t i n gc a n 1 1 1 1 1 b ya d v a n c e dg i v e no b j e c t sf r o mt h e i ru s e r s t h e r e f o r e ，p e o p l ew i l lb ed i s e n g a g e df r o mt h e c o m p l e x w o r k w eh a v er e s e a r c h e do nt h ei n f r a s t r u c t u r eo fs o f t w a r ea g e n tf o rm a n y y e a r s n o ww ea b s o r b t h el a t e s tt e c h n o l o g yo f g r i d c o m p u t i n g a n da u t o n o m i c c o m p u t i n g a n dp u tf o r w a r dt h e g r i d - m a n a g e m e n ts y s t e mw h i c hi sb a s e do nt h eu n i to fa u t o n o m i cc o m p u t i n gf a c e dt os e r v i c e t h ef r a m e w o r ko ft h i ss y s t e mi sm a d eu po fa g e n t w ea l s os e tu pt h es y s t e mo f p e r f o r m a n c e e v a l u a t i o na n d q u a l i t y - c o n t r o l t oi m p r o v et h eq u a i l t yo f s e r v i c e ( q o s ) a n dr e d u c et h ec o m p l e x i t y o fd e s i g na n d m a n a g e m e n t a sa r e s u l t p e o p l ec 锄c o m p l e t e t h e s h a r i n g - o r g a n i z e a n d c o o r d i n a t i o nw o r kf a c e dt h es e r v i c e r a p i d l y n e s y s t e mo fa s s i s t a n ts e r v i c ef o ra g e n t si st h eb a s i sa n dc o r eo fg r i d o r g a n i z a t i o no f s o f t w a r ea g e n t s t oe s t a b l i s ha n dp e r f e c tt h es y s t e mo fa s s i s t a n ts e r v i c ef o ra g e n t s ，t h e r ea r e t h r e ep r o b l e m st ob er e s o l v e d ：f i r s t , b u i l de f f e c t i v es o c i a lo n t o l o g ya n df i e l do n t o l o g yt op r o v i d e a c c e s s i b l ea n dc l e a rs e m a n t i c sb e t w e e nh e t e r o g e n e o u sa g e n t s ；s e c o n d ，b u i l de x o t e r i c ，e f f e c t i v e ， a n de x t e n d a b l e m e s s a g ec o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s mt os u p p o r tt h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e n a g e n t si ne x o t e f i ce n v i r o n m e n t ；f i n a l l ya n dt h em o s ti m p o r t a n to n e ，b u i l de x o t e g ca n de f f e c t i v e m e c h a n i s mo fm e d i - s e r v i c et o h e l pa g e n t sa n df o r ms t a b l ef o u n d a t i o n f l o ft 1 1 e c o o p e r a t i o n b e t w e e n a g e n t s t h i sp a p e rb e g i n sw i t ht h ed e v e l o p m e n to f g r i dc o m p u t i n ga n dp u t sf o r w a r dt oe s t a b l i s ht h e s y s t e mf a c e d t os e r v i c ew h i c hi sb a s e do nt h eu n i to f a u t o n o m i c c o m p u t i n g t oa u t o m a t et h es h a r e d o r g a n i z a t i o no fg r i ds e r v i c e m yw o r kh a st w op a r t s o n ei st h ec o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s mo f s o f t w a r ea g e n t a n o t h e ri st ol o o kf o ra l l a p p r o p r i a t ep r o c e s sw h e nt h em e d i a g e n t sp r o v i d e s e r v i c et oo t h e ra g e n t s w ec a l li ta st h e m e d i - a g e n ts e r v i c em a t c h k e y w o r d s ：a g e n t ，g r i dc o m p u t i n g ，a u t o n o m i c c o m p u t i n g ，m e d i a g e n t ， m a t c h i n g - s e r v i c e ，o n t o l o g y , s o a p i l l 浙江大学硕士学位论文软件a g e n t 网格化服务组织的基础结构研究一a g e n t 通讯哥咝堡旦垦堡 1 1 背景与动因 第一章绪论 众所周知，网格技术正在如火如荼的发展着。网格技术出现的时间不长，但 是给我们带来的变化是深刻的。早期的网格技术( 出现于9 0 年代中期) ，由于当 时的硬件技术还相对落后，所以旨在将分布于网络的计算资源集成为单一的虚拟 超强计算机，去支持以大规模计算和数据处理为特征的科学活动。随着网络技术 的普及，计算机硬件的飞速发展，企业要求高性能集成内部的异构资源和服务； a s p 和b 2 b 应用则期望能随时按用户要求及时提供服务，并保证一致的应答时 间和高级的可用性；尤其是科技、工商、环保等领域中正在出现并即将大量涌现 的、动态形成的多体制虚拟组织( v o ，v i r t u a lo r g a n i z a t i o n ) ，更需有效和高效 地协调和控制资源的共享和协同问题求解。这些需求促使网格技术聚焦的集成机 制从面向资源转变为面向服务网络使能的所有活动( 包括提供硬、软计算资 源和相关的组织、管理工作) 均视为提供服务；网格技术的研究目标也从给科学 活动提供超强计算能力，扩展到支持任何个体用户或组织便捷地提供和获取网络 使能的服务，以参与和开展期望的任何规模的协同工作。实际上，面向服务并支 持v o 的网格技术给科学活动提供了更强大的服务( 资源) 共享和协同问题求解 环境。 当今出现的通过制定面向服务( 资源) 的接口规范和互操作协议体系，网格 技术旨在建立强大的集成机制去支持分布、动态的异构计算环境下服务间的语义 互操作和协同工作，有利于解决目前i n t e m e t 面临的挑战性问题，如无序成长性 与动态有序性的统一，自治条件下的协同性及安全保证，异构环境下的系统可用 性和易用性，海量信息的结构化组织与管理等：从而成为建设新一代高性能网络 计算环境的重要基础。 分布、异构、大规模的网络计算环境，尤其是动态形成的多体制v o 加剧了 服务( 资源) 组织与管理的困难和复杂性，使得g l o b u s p 1 1 、u n i c o r e 、l e g i o n 、 c o n d o r 等网格技术研究项目都将服务( 资源) 的组织与管理作为核心议题，并 对应用级服务( 资源) 的表述、发现、分配、预留、监控、调度和协作，以及使 用时的性能评价、分析、保证与q o s 控制，认证、授权和委派机制进行了深入 的研究。特别是g l o b u s ，提出了绑定到w e b 服务技术的o g s a 体系结构，通过 制定面向服务( 资源) 的接口规范和互操作协议体系( 而非l e g i o n 、c o n d o r 提 供的统一编程模型) ，以及在此体系上建立的网格基础级服务集，去支持应用级 服务的组织与管理，为建设开放的网格基础结构( 及设施) 奠定了良好的构架。 浙江大学硕士学位论文软件a g e n t 网格化服务组织的基础结构研究一a g e n t 通讯和匹配服务 在上述的网格研究项目中，无论是应用级服务( 即w e bs e r v i c e 口j ) 还是支持 w e bs e r v i c e 管理、共享和协作的网格基础级服务，提供服务的载体均非自治计 算元素，且粒度小，抽象程度低，使得在分布、异构、大规模的网络计算环境下， 为动态形成的多体制v o 建立和管理高性能网格应用系统，仍然是空前复杂的任 务，接近或超出人处理能力的极限。大量的连接、异构的平台、多种体制和政策 的服务，使准确预言服务共享和服务间协作的行为几乎不可能，从而即使最有技 术的系统集成者也难以安装、配置、优化、维护和合成应用所需的服务( 资源) ， 更无法及时应答不断变化和有冲突需求的快速信息流。 1 2 我们的研究工作 为此，我们实验室提议由自治计算元素作为基本单元来构建网格基础结构 ( 及设施) 和应用系统，使这些自治计算系统能依据人类管理者给出的高级目标 管理自己，以便将人类管理者从协调和控制计算元素互操作的细节中解脱出来。 人只需通过制定抽象的政策、指令和策略( 以体现高级目标) ，就能从便于人理 解的宏观级调控计算系统的行为。就好比人脑只需控制人的思维和行动，而呼吸、 心率和体温等低级行为则交由神经系统自行管理。如此，人机协作将变得更加自 然、亲和及便捷；而自主管理机制则通过自组织、自优化、自修复和自保护技术， 使自治计算系统获取现今分布系统难以比拟的高性能和强生命力。 我们认为软件a g e n t s 和m u l t i a g e n t 系统是构建自治计算元素和自治计算 系统的最佳候选。其它的网格基础级服务可以封装为应用级a g e n t 开发框架提供 给a g e n t 内部自用的服务。人对自治计算系统的个性化宏观调控则可通过制定用 户政策和与接口a g e n t ( 其提供智能人机界面) 交互来实施。实际上，基础级 a g e n t s 和应用级a g e n t 开发框架联合形成了网格基础结构的上层设施本身。 我们实验室长期以来直研究基于a g e n t s 软件合成框架( a b f s c 3 1 ， a g e n t s b a s e df r a m e w o r kf o rs o f t w a r ec o m p o s i t i o n ) ，并在该研究的基础上完 成了底层平台、元级开发环境、基于该合成框架的基于多a g e n t 虚拟组织的工作 流管理系统等后续研究工作。经过多年的研究，取得了丰富的成果。 我们实验室开展的管控a g e n t s 社交行为的基础结构( i m c s b a ， i n f r a s t r u c t u r ef o rm a n a g i n ga n dc o n t r o l l i n gs o c i a lb e h a v i o ro fa g e n t s ) 系统是在a b f s c 上进行的进一步研究，将原有相对封闭的、以局域网为主要工作 地域的a b f s c 系统改造成为相对开放的、以互联网为主要工作地域的i h c s b a 系 统，以建立a g e n t s 的社会体制为主线，从五维：信息内容语义的清晰化、a g e n t 辅助服务的体系化、a g e n t 协商过程的理性化、a g e n t s 行为规范的法制化和a g e n t 服务管控的透明化，系统地研究a m u c 环境下管控a g e n t s 社交行为的理论和方法 4 浙江大学硕士学位论文软件a g e n t 网格化服务组织的基础结构研究一a g e n t 通讯和匹配腥堑 论。 我们实验室在多年软件a g e n t 基础结构研究的基础上，同时吸收最新的网格 技术和自治计算。最近提出了建立基于自治计算元素的、面向服务的网格化组织 与管理体制，去自动化a g r i d 服务的共享组织和协作调度。这个架构是基于a g e n t 的、面向a g r i d 服务的网格基础结构( 及设施) ，支持面向a g r i d 服务的自管理 及协作自组织。同时建立a g r i d 服务的性能评价和质量控制体系，使得在提供高 水平服务质量( o o s ) 保证的同时，降低设计和管理的复杂度，最终帮助用户快 速实现面向a g r i d 服务的共享组织和协作管理。 1 3 论文的主要研究内容 本篇论文从网格发展的现状谈起，提出了建立基于自治计算元素的、面向 服务的网格化组织与管理体制，去自动化a g r i d 服务的共享组织和协作调度。我 的工作分为两部分，主要是软件a g e n t 的网格化服务组织中的通讯机制。同时完 成中介a g e n t 在向其它a g e n t 提供服务的时候，寻找合适的服务的过程。我们称 之为中介a g e n t 的服务匹配。 1 3 i 关于通讯系统的改进 我们实验室对a g e n t 技术研究多年。发展至今，已经有两个相对成熟的模型。 第一个为基于a g e n t s 软件合成框架( a b f s c ，a g e n t s - b a s e df r a m e w o r kf o r s o f t w a r ec o m p o s i t i o n ) ，这个系统以局域网为主要工作地域，相对比较封闭。 通讯系统采用v c 6 提供的技术，以t c p f l p 协议直接传输v c 6 提供的a r c h i v e 流内容。这种方法要求所有的a g e n t 开发人员必须了解我们的a g e n t 相关类的详 细信息并且完全遵从我们的开发标准，这显然不利于第三方对a g e n t 的开发。 第二个为管控a g e n t s 社交行为的基础结构( i m c s b a ，i n f r a s t r u c t u r ef o r m a n a g i n ga n dc o n t r o l l i n gs o c i a lb e h a v i o ro fa g e n t s ) 系统。这个系统是 一个元级开发环境，她的目标之一就是使第三方能够非常容易地参与进来，为整 个i m c s b a 的运行提供大量可实用的a g e n t 。所以它对原有a b f s c 系统的通讯 系统进行改造，使得新的i m c s b a 系统以互联网为主要工作地域，相对开放。 我们的目标是参照w e bs e r v i c e 系统，建立类似的结构，采用s o a p 4 协议，利 用x m l 的特性使得第三方的开发参与成为可能。但是由于当时开发的人员有限， v c 6 进行系统级开发并不是十分合适，所以当时的任务只是模拟h t t p 协议进 行传输。( 即，仍旧使用套接字进行传输，只是把端口设为8 0 端口。同时，在同 台机器的不同a g e n t 之间加了一个派发器。) 。消息的内容只是在原有的内容上包 装了一一个s o a pe n v e l o p ，s o a ph e a d e r 和s o a p b o d y ( 详见周彬师兄的毕业论 浙江大学硕士学位论文软件a g e n t 网格化服务组织的基础结构研究一a 鲜n t 通讯和匹配服务 文) 。这显然并没有真正才用s o a p 协议进行传输，所以对第三方的支持也并不 是很理想。 第三个系统，即为我们现今正在开发的系统。建立一个基于自治计算元素的、 面向服务的网格化组织与管理体制，去自动化a g r i d 服务的共享组织和协作调度 的系统。这个系统采用微软最新的n e t l 5 技术进行架构。n e t 技术是微软在2 0 0 0 年推出一个企业级的开发工具。它对数据库，网络，w e bs e r v i c e 等都提供了强 有力的支持。所以在这个平台上，又重新对通讯机制重新进行设计。这其中包括 消息内容的序列化和反序列化，这使得在这个系统中，传输任何类型的消息成为 可能。真正做到了对第三方的支持。每个a g e n t 服务都在自己的应用程序域中， 之所以提到应用程序域，是因为n e t 的这个机制保证了进程内部的内存保护， 即使一个a p p d o m a i n 崩溃了，也完全不会影响到其他的a p p d o m a i n s 。这样就大 大提高了系统的可靠性。也可以有效防止一个错误的或者恶意的服务运行，提高 了系统的安全性。消息完全按照s o a p 协议进行包装。同时在格式上也提供了最 近流行的e b x m l 技术的支持。消息采用h t t p 协议进行传输，可以有效的穿透各 个组织的防火墙。 1 3 2 关于中介a g e n t 的服务匹配 中介a g e n t ( m i d d l ea g e n t ) 忡j 。中介a g e n t 是一个特殊的a g e n t 群体，它 们的实现和普通的a g e n t 有所不同。中介a g e n t 的主要作用是按照一定的方式 鉴别和保存a g e n t 发布过来的能力描述，接受a g e n t 的请求，并查询数据库中的 信息，通过匹配算法找到相对合适的a g e n t 的能力描述返回给请求者【7 1 。 匹配问题哺j 。请求和能力之间的匹配是一个非常重要的问题。匹配是指通过 程序自动的处理，根据请求者发送过来的请求，从服务的提供者中间找到合适的 服务提供者的过程。如何匹配才能够挑出合适的服务提供者是匹配的基本问题。 匹配算法有很多种，但没有一种是尽善尽美的1 0 】。 1 4 论文的总体结构 论文的主体将分成以下七章进行： 绪论 主要介绍问题的背景和本论文的主要研究内容。 软件网格化的两大关键技术：语义网格和自治计算 分别介绍了语义网格和自治计算的相关技术。以及在这两个领域当今世 界的研究现状。这其中包括三个主要技术，分别是w e bs e r v i c e 技术， u p n p l l l l 技术和g l o b u s 技术。 浙江大学硕士学位论文 软件a g e n t 网格化服务组织的摹础结构研究- - a g e n t 通讯和匹配服务 多a g e n t 技术及其在自治计算中的应用 介绍a g e n t 技术相关理论和方法。包括a g e n t 的概念，软件a g e n t 的研 究和多a g e n t 系统。以及多a g e n t 技术在自治计算中的应用。 软件a g e n t 的网格化服务组织的基础结构介绍本项目的基础架构。 这章中主要介绍了建立基于软件a g e n t 网格计算结构，让a g e n t 具有自 治管理功能的技术，以及a g e n t 社交活动的组织框架等。 新系统的通讯机制 这其中，我们首先阐述了原有系统通讯机制的不足。然后介绍了新系统 通讯机制的框架，以及在通讯系统中涉及到的消息的格式，消息队列和 消息的促进服务等内容。最后还对开发系统中用到的相关技术做了一个 介绍。 中介a g e n t 匹配机制 这其中，我们首先阐述了中介a g e n t 的定义及其职责。然后重点介绍了 三个匹配服务，它们分别是分类匹配，参数匹配和约束匹配。 系统实例测试 我们以“宾馆接待”为例，对新系统的通讯机制和匹配机制做了一个简 单的测试。 浙江大学硕士学位论文软件a g e n t 网格化服务组织的基础结构研塞二垒! 塑! 望塑塑垩里里墨 第二章建立软件网格化的两大关键技术 一语义网格和自治计算 我们面临的是分布、异构、大规模的网络计算环境，网格技术旨在建立强大 的集成机制去支持分布、动态的异构计算环境下服务间的语义互操作和协同工 作，有利于解决目前i n t e r n e t 面临的无序问题。从而成为建设新一代高性能网络 计算环境的重要基础。网格建立后，如何管理这些软件又成为。一项棘手问题。尤 其是动态形成的多体制v o ，更是加剧了服务( 资源) 组织与管理的困难和复杂 性。而这直接导致了系统可用性变差和管理成本上升。i b m 公司正是在这样的 背景下提出开发自治计算( a u t o n o m i cc o m p u t i n g ) 的倡议。旨在通过自治计算 去消解管理复杂性。而下面分别介绍一下这两项重要技术，以及当今世界对这两 项技术的研究现状。 2 1 语义网格 网格是一种新兴的技术，正处在不断发展和变化当中。简单地说，网格是一 种信息社会的网络基础设施，是利用互联网把分散在不同地理位置上的多个资 源，包括计算资源、存储资源、通信资源、软件资源、信息资源、知识资源等全 面连通和统一分配、管理及协调起来，通过逻辑关系组成一台“虚拟的超级计算 机”。这台机器把每一台参与其中的、包括个人电脑在内的计算机都作为自己的 一个“节点”，成千上万个这样的“节点”并联起来，就组成了“一张有超级计 算能力的网格”。而每一位将自己的计算机连接到网格上的用户，也就“拥有了” 这架超级计算机，可以随时随地调用其中的计算和信息资源，在获得一体化信息 服务的同时，最大程度地实现资源共享。网格计算模式首先把要计算的数据分割， 然后不同节点的计算机可以根据自己的处理能力下载一个或多个数据片断。只要 位于某个节点的计算机的用户不使用计算机时，就会调动闲置的计算能力。网格 的优势在于不但数据处理能力超强，而且能充分利用网上的闲置处理能力来节约 计算成本，实现资源的共享，消除资源孤岛。 结合语义w e b 、网格和w e b 服务的优点和弥补各自的不足，研究人员提出了 语义网格的概念。图2 一l 表明了w e b 、网格、语义w e b 和语义网格的关系，网格 是w e b 在计算能力上的提升，而语义网格是网格在语义能力上的扩展；从另一个 角度说，语义w e b 是在现有w e b 上增强了语义能力，而语义网格是语义w e b 对计 算能力的扩展。 在英国的e s c i e n c e 计划研究中，人们发现，网格的现有努力和e s c i e n c e 浙江大学硕士学位论文软件a g e n t 网格化服务组织的基础结构研究一a g e n t 通讯和匹配服务 设想之间存在差距，要达到e s c i e n c e 的易用性和无缝自动化要求，必须实现尽 量多的机器可处理性和尽量少的人类介入，这却和语义w e b 的目标有一些相似， 于是在2 0 0 1 年最先提出了语义网格的构想，并且于2 0 0 2 年在全球网格论坛g g f 成立了语义网格研究组s e m g r d 。他们的语义网格构想的关键之处就是把所有的 资源，包括服务，都用一种机器可处理的方式来描述，其目标是实现语义的互操 作性。达到这个目标的一种实现方法是把语义w e b 的技术应用到网格计算的开发 中，下至基础设施上至网格应用。值得注意的是“语义”是从下到上弥漫在整个 网格中而不是仅仅在其上增加了一个语义( 知识) 层。 通过采用新的计算模式和新的资源组织和管理的模型，可有效地辅助用户进 行资源获取、共享、管理、协同工作和决策等，为人们提供更深层、更全面、更 智能的服务。重点解决三个科学问题：资源的规范组织、语义互联和智能聚合。 规范组织。提出资源空间模型和资源的规范化组织和管理的理论、方法、 技术和工具，使各种无序资源( 信息、知识和服务) 规范组织，使用户和服务能 够有效、正确地根据语义操作各种资源，以提高资源的使用效率。 语义互联。通过多层语义互联和单一语义映像，使分布在全球的各种网络 资源在语义层上互联，消除资源孤岛，主要通过类型化的语义链网络来使资源的 语义能被机器所理解。 智能聚合。解决如何使资源能够互相理解，根据用户的需求有效、动态、 智能地聚合各种资源，这主要通过软设备来实现。 图2 一lw e b 、网格、语义w e b 和语义网格的关系 2 2 自治计算( a u t o n o m i c c o m p u t i n g ) 随着网络技术和计算机硬件的飞速发展，网络计算聚焦的集成机制正朝着面 向服务的方向演变。众多企业纷纷要求通过w e b 获取外部计算资源，整合企业 内部异构平台。这就出现并即将大量涌现的、动态形成的多体制虚拟组织( v o ， v i r t u a l o r g a n i z a t i o n ) ，更需有效和高效地协调和控制资源的共享和协同问题求 解。这些v o 的建立从一定程度上满足了客户的要求，但是随之出现的v o 内部 浙江大学硕士学位论文软件a g e n t 网格化服务组织的基础结构研究一a g e n t 通讯和匹配服务 组织间，v o 与v o 间的管理复杂度不断加大。 首先，网络计算环境( 基础设施) 和应用系统的复杂性加剧。如今的软件， 代码量不断加大。少者几十万，多则上千万行代码的软件，比比皆是。管理如此 庞大的软件，不是一件轻松的事情。以前经常提起的软件危机并没有从根本上得 到解决。同时，这当中的有些软件直接应用在分布的，异构的，大规模的网络环 境中，当中出现的异常情况也是防不胜防。而我们上面的提到v o ，是由这些软 件构成的多体制的虚拟组织，所以面临的复杂性可以说是数量级上的提高。 其次，复杂性的增长正在超越人管理能力的极限。人们经常碰到难以安装、 配置、优化、维护和合成应用所需的服务( 资源) ，无法及时应答不断变化的、 有冲突需求的快速信息流。 以上两点已经真实的发生在了我们面前，而如今的绝大部分软件管理还是依 赖于人的介入和运营，如果不及时解决，将直接导致v o 性能的下降，有技术的 i t 管理人员日趋紧缺，最终导致i t 管理成本大幅度增长，超出或大幅度超出i t 购建成本。 自治计算( a u t o n o m i cc o m p u t i n g ) 的出现正是在这样的背景下提出的。并由 i b m 公司于2 0 0 1 年1 0 月率先提出。由自治计算元素作为基本单元来构建网格 基础结构( 及设施) 和应用系统，使这些自治计算系统能依据人类管理者给出的 高级目标管理自己，以便将人类管理者从协调和控制计算元素互操作的细节中解 脱出来。人只需通过制定抽象的政策、指令和策略( 以体现高级目标) ，就能从 便于人理解的宏观级调控计算系统的行为。就好比人脑只需控制人的思维和行 动，而呼吸、心率和体温等低级行为则交由神经系统自行管理。如此，人机协作 将变得更加自然、亲和及便捷：而自主管理机制则通过自组织、自优化、自修复 和自保护技术，使自治计算系统获取现今分布系统难咀比拟的高性能和强生命 力。 2 3 当今世界的研究现状 应用集成技术面向分布式异构环境下的各类遗留系统和新增系统，涉及数据 集成、接e 1 集成和业务流程集成三个基本层面，它们促进了许多方法论、体系结 构和技术的应用，比如x m l 技术、分布对象技术、消息中间件、事务中间件、流 程管理中间件、企业建模方法和工具等。这些技术尚不能适应i n t e r n e t 环境下 松散耦合的集成需求。人们在这方面也做了很多努力，其中包括w e bs e r v i c e ， u p n p 和o l o b u s 等网格计算的模型出现。下面分别对其做一个简单的介绍，从中 我们得到一些借鉴。 浙江大学硕士学位论文软件a g e n t 网格化服务组织的基础结构研究一垒璺! 兰望塑塑些墅竖墨 2 3 iw e bs e r v i c e 技术 w e bs e r v i c e 是当前最流行的一项技术之一。w e bs e r v i c e s 就是通过w e b 接 口提供的某个功能程序段。通过标准的i n t e m e t 协议( 例如h t t p ) 可以很容易 地访问该功能。这就意味着所有客户机都可以使用i n t e m e t 进行远程过程调用 ( r e m o t ep r o c e d u r ec a l l ，r p c ) 操作，该操作将对i n t e r n e t 上的服务器进行请求， 并接收以x m l 格式的返回响应。这些在客户机和服务器上来回传递的消息被编 码到一个特殊的x m l 语句中，这些语句被称为简单对象访问协议( s i m p l eo b j e c t a c c e s sp r o t o c o l ，简称s o a p ) 。该协议定义了访问远程计算机功能的标准方式。 在介绍w e bs e r v i c e 体系架构前，我们先介绍几个专用术语。 w s d l f l 2 】( w e bs e r v i c ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) w s d l 详细说明了w e b s e r v i c e 的接口；即每个被调用的方法以及它能够接收和返回的参数。在w s d l 中，可以确定发送到w e b 服务的有效的s o a p 消息格式。 d i s c o 一( d i s c o v e r y p r o t o c 0 1 ) d i s c o 的作用相当于一个指针，它帮助所 有的w e bs e r v i c e 在特定的w e b 站点上进行定位。该协议可以为一个公司动态地 发现已发布的w e bs e r v i c e 。 u d d i ( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o n ，d i s c o v e r ya n di n t e g r a t i o n ) u d d i 相当于 存储可用的w e b 服务的中心仓库。应用程序和开发人员可以通过访问u d d i 注 册表来了解i n t e r n e t 上都有哪些可用的w e bs e r v i c e 。 w e bs e r v i c e 体系架构如图2 - 2 所示 浙江大学硕士学位论文软件a g e n t 网格化服务组织的基础结构研究一a g e n t 通讯和匹配服务 图2 2 w e bs e r v i c e 体系架构 开发人员可以使用u d d i 注册表来定位于所需功能相匹配的w e b 服务。u d d i 注册表将开发人员定位到正确的企业级应用程序的开发上和所需的w e bs e r v i c e 服务上。然后，d i s c o 文档将显示出在域中可用的w e bs e r v i c e 。w s d l 文档 详细说明了w e bs e r v i c e 提供了什么样的方法以及每个方法的参数。w s d l 文件 是一个约定，它详细说明了发送到w e b 服务的s o a p 消息和预期返回的消息。 s o a p 消息本身以x m l 格式编码，它包含了对服务器进行请求的方法调用和返 回到客户机的数据。 3 3 2 u p n p 技术 在1 9 9 9 年，m i c r o s o f t 公司提出了下一代即插即用技术一通用即插即用 ( u n i v e r s a lp l u ga n dp l a y ，简称u p n p ) 。u p n p 实际上是扩展了传统单机的设备 和计算机系统的概念，在”零配置”的日i 提下提供了连网设各之间的发现、接口声 明和其他信息的交换等互动操作功能。m i c r o s o f t 公司称”u p n p 将延伸到家庭中 的每一个设备，它会成为个人电脑、应用程序、智能设备集成工作所必需的框架、 协议和接口标准”。 u p n p 是实现智能设备端到端网络连接的结构。它也是一种架构在t c p i p 和 h t t p 技术之上的，分布式、开放的网络结构，以使得在联网的设备间传递控制 和数据。u p n p 技术实现了控制点、设备和服务之间通讯的支持，并且设备和相 关服务的也使用x m l 定义并且公布出来。使用u p n p ，设备可以动态加入网络， 自动获得一个i p 地址，向其他设备公布它的能力或者获知其他设备的存在和服 务，所有这些过程都是自动完成的，此后设备能够彼此直接通讯。 下面简单介绍一下u p n p 设备工作过程。 u p n p 定义了设备之间、设备和控制点、控制点之间通讯的协议。完整的u p n p 由设备寻址、设备发现、设备描述、设备控制、事件通知和基于h t m l 的描述界 面几部分构成。u p n p 设备协议栈图2 3 所示。 在最高层中仅包含u p n p 制造商定义的特定设各信息，紧接着u p n p 工作组 定义的内容补充制造商信息。从这层往下，定义的消息为u p n p 特定的消息。也 就是说，这些消息定义为以下几个协议：简单设备发现协议( s i m p l es e r v i c e d i s c o v e r yp r o t o c 0 1 ) ，通用事件通知结构( g e n e r a le v e n t n o t i f i c a t i o n a r c h i t e c t u r e ) 和简单对象存取协议( s i m p l eo b j e c t a c c e s sp r o t o c 0 1 ) 。这些消息使用h t t p u 或 者h t t p m u 发送。 浙江大学硕士学位论文软件a g e n t 网格化服务组织的基础结构研究一a ! ! 坐望塑塑匹璺i 塑墨 i u d p , j| | t c n l l jl j 图2 3 u p n p 设备协议栈 设备寻址 u p n p 网络的基础就是t c p i p 协议族，u p n p 设备能在t c p i p 协议下工作的 关键就是正确的设备寻址。一个u p n p 设备寻址的一般过程是：首先向d h c p 服 务器发送d h c pd i s c o v e r 消息，如果在指定的时间内，设备没有收到d h c p o f f e r s 回应消息，设备必须使用a u t o i p 完成i p 地址的设置。使用a u t o - i p 时， 设备在地址范围1 6 9 ，2 5 4 1 6 9 1 6 范围中查找空闲的地址。在选中一个地址之后， 设备测试此地址是否在使用。如果此地址被占用，则重复查找过程直到找到一个 未被占用的地址，此过程的执行需要底层操作系统的支持，地址的选择过程应该 是随机的以避免多个设备选择地址时发生多次冲突。为了测试选择的地址是否未 被占用，设备必须使用地址分辨协议( a r p ) 。一个a r p 查询请求设置发送者的 硬件地址为设备的硬件地址，发送者的i p 地址为全0 。设备应该侦听a r p 查询 响应，或者是否存在具有相同i p 地址的a r p 查询请求。如果发现，设备必须尝 试新的地址。 使用a u t o